Vorgängerbau des Schlosses ist eine Burg, die erstmals im zwischen 881 und 899 entstandenen Hersfelder Zehntverzeichnis als „Gozzesburg“ erwähnt wurde. Im Jahr 1041 ließen die Söhne des Pfalzgrafen Friedrich I., der spätere Erzbischof Adalbert von Hamburg-Bremen und die Pfalzgrafen Dedo und Friedrich II. die Burg abbrechen und ein Benediktinerkloster errichten, das 1053 durch Adalbert von Bremen geweiht wurde. In der ersten Hälfte des 13. Jahrhunderts fanden umfassende Umbauten und Erweiterungen statt. Die Burg war Stammsitz der sächsischenPfalzgrafen.
Schlosskirche
Von der ebenfalls 1053 geweihten Klosterkirche sind heute noch die Ostteile (Querhaus mit Vierung und Chor) samt der bereits 1046 geweihten Krypta erhalten. Anstelle des im 13. Jahrhundert erbauten Langhauses steht das heutige unter Bernhard von Pölnitz von 1609 bis 1635 erbaute Renaissanceschloss. Die Weihe der Schlosskirche erfolgte 1620. Nach der Enteignung der Grafen von Zech-Burkersroda im Jahr 1945 blieb die Kirche zunächst ungenutzt. Insbesondere in den 1970er Jahren litt sie unter Vandalismus. Es wurde die Orgelmechanik zerstört und den Figuren des Pölnitz-Epitaphs die Köpfe abgeschlagen.
In den Jahren 2011–2014 wurde die Kirche aufwändig saniert und zeigt sich ab diesem Zeitpunkt in restauriertem Zustand.
Blick auf die Schlosskirche
Chorhaus nach Osten
Blick in die Vierung zur Westwand
Alvensleben- und Pölnitz-Epitaph
Südliches Querhaus
Blick in die Krypta
Kloster und Rittergut
Das Kloster wurde infolge der Reformation um 1540 säkularisiert und in ein Rittergut umgewandelt. Das Hauptgebäude wurde ab dann Schloss genannt.
Als erste Besitzer des Rittergutes sind bislang Georg von Altensee (auch Altensehe) († 1565) und sein Bruder Lamprecht von Altensee († 1581) nachweisbar. Ersterer hatte von Kurfürst Moritz von Sachsen für gute Kriegsdienste das sakularisierte Kloster erhalten. 1594 wurde Franz von Königsmarck mit Goseck belehnt, dessen Ehefrau Katharina geb. von Hoym nach seinem Tode den Kanzler Bernhard von Pölnitz heiratete. Beide wurden 1609 mit Goseck belehnt. In diese Zeit fällt der Umbau der Klosterkirche zur Schlosskapelle. Bernhard folgten die Söhne Christian Julius († 1662) und Hans Christoph von Pöl(l)nitz († 1680).
1684 verwaltete Amalie von Pöllnitz geb. von Hunigk als Witwe in Vormundschaft ihrer Söhne Christoph Bernhard und Christian Julius Heinrich das Gut. Da beide Söhne nach einer Seereise 1698 für tot erklärt wurden, ging der Gutsbesitz auf verschiedene Erben über, von denen Goseck an den Obersteuerrat Gottfried Pfitzner († 1732) überlassen wurde. Weitere Besitzer waren sein Sohn Hofrat Jakob Heinrich Pfitzner († 1737) und der Enkel Gottfried Heinrich Pfitzner († 1758). Nach dessen frühem Tod übernahm seine Mutter Charlotte Sophie geb. Lampe († 1776) das Gut, welches sie an ihren Sohn aus zweiter Ehe, Ludwig Wilhelm von Eckhardt, weitervererbte.
Im Herbst 1998 gründete sich in dem leerstehenden Schloss der Schloss Goseck e. V. Der Verein baut nach und nach das Europäische Musik- und Kulturzentrum hier auf und veranstaltet Konzerte mit überwiegend Alter Musik. Es gibt Gästezimmer und eine Schloss-Schenke. Im Jahr 2006 wurden Informationsräume zum Gosecker Sonnenobservatorium eröffnet.